Определение сопротивления теплопередаче конструкции ограждения

Одним из требований, предъявляемых к наружным ограждениям зданий, является условие, чтобы величина их приведенного (фактического) сопротивления теплопередаче R_о, м^2оС/Вт была не меньше нормируемого (требуемого) значения R_req. Нормируемое сопротивление теплопередаче R_req установлено для каждой ограждающей конструкции на принципах обеспечения санитарно-гигиенических требований внутри помещения и ограничения теплопотерь в отопительный период.

Нормируемое значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R_req, принимается по [4] в зависимости от величины градусо–суток отопительного периода D_d, ^оС×сут, определяемой по формуле

, (1.1)

где t_int – расчетная средняя температура внутреннего воздуха помещений здания, ^оС;

t_ht – средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ^оС;

z_ht – продолжительность отопительного периода, сут.

Приведенное сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции R_о с последовательно расположенными однородными слоями определяется по формуле

, (1.2)

где , a_int – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности конструкции, Вт/м^2оС;

R_k – термическое сопротивление теплопроводностиограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями, м^2оС/Вт;

, a_ext –коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности конструкции для условий холодного периода, Вт/м^2оС.

Коэффициенты теплоотдачи a характеризуют интенсивность теплообмена между поверхностью ограждающей конструкции и окружающей средой.

Термическое сопротивление теплопроводностиограждающей конструкции R_k с последовательно расположенными однородными слоями определяется как сумма термических сопротивлений отдельных слоев

, (1.3)

где R₁, R₂…R_n – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции;

R_a1 – термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки (если присутствует).

Термическое сопротивление теплопроводности R, м^2оС/Вт отдельного однородного слоя ограждающей конструкции определяется по формуле

, (1.4)

где δ_i – толщина слоя конструкции, м;

λ_i – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м ^оС.

Коэффициент λ является физическим параметром вещества, характеризует способность тел проводить теплоту и зависит от структуры материала, его пористости и влажности.

Величина, обратная сопротивлению теплопередаче, носит название коэффициент теплопередачи k, Вт/м^{2 о}С. Он характеризует интенсивность передачи теплоты от внутреннего воздуха помещения к наружному воздуху через разделяющую их ограждающую конструкцию здания. Коэффициент теплопередачи численно равен количеству теплоты, которое передается через единицу площади поверхности ограждения в единицу времени при разности температур между внутренним и наружным воздухом в один градус. Значение коэффициента теплопередачи необходимо для определения теплопотерь через ограждающие конструкции здания.

Пример 2. Определить термическое сопротивление и толщину утеплителя многослойной ограждающей конструкции наружной стены (рис. 12) жилого дома. Район строительства - г. Казань.

Наружные климатические условия и параметры внутреннего воздуха принимаем из условий примера 1:

· расчетная температура наружного воздуха t_ext = -32 ^оС [3];

· расчетная средняя температура внутреннего воздуха для холодного периода года t_int = 21 ^оС [2];

· оптимальная влажность воздуха внутри здания для холодного периода года φ_int =55 % [2];

· средняя температура наружного воздуха отопительного периода

t_ht = - 5.7 ^оС [3];

· продолжительность отопительного периода z_ht = 218 сут [3].

Согласно формуле (1.1) значение градусо-суток отопительного периода

^оС·сут.

Найденному значению D_d соответствует нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружной стены R_req = 3,44 м^{2 о}С/Вт (см. табл. П1.3 Приложения 1).

Коэффициент теплотехнической однородности стен из кирпича с утеплителем для жилых зданий r = 0,7 [5]. С учетом этого коэффициента определим требуемое значение сопротивления теплопередачи конструкции

м^{2 о}С/Вт.

Уравнение (1.3) для термического сопротивления теплопроводностинаружной стены в нашем случае запишется в следующем виде:

, м^{2 о}С/Вт, (1.5)

где R₁ – термическое сопротивление слоя штукатурки из цементно-песчаного раствора,

м^{2 о}С/Вт;

R₂ – термическое сопротивление слоя внутренней кладки из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе, м^{2 о}С/Вт;

R₃ – термическое сопротивление слоя теплоизоляционного материала из пенополистирола, м^{2 о}С/Вт;

R₄ – термическое сопротивление слоя наружной кладки из пустотного керамического кирпича на цементно-песчаном растворе, м^{2 о}С/Вт;

R_а1 – термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м^{2 о}С/Вт.

Расчетные значения коэффициента теплопроводности материалов отдельных слоев λ_i принимаем по приложению [5] в зависимости от условий эксплуатации ограждающей конструкции. Согласно [4] влажностному режиму помещений «нормальный» в зоне влажности района строительства «нормальная» соответствуют условия эксплуатации Б.

Тогда:

· l₁ = 0.93 Вт/м°С – коэффициент теплопроводности слоя штукатурки из цементно-песчаного раствора;

· l₂ = 0.76 Вт/м°С – то же, слоя внутренней кладки из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе;

· l₃ = 0.05 Вт/м°С – то же, слоя теплоизоляционного материала из пенополистирола, (см. табл. П1.8 Приложения 1);

· l₄ = 0.64 Вт/м°С – то же, слоя наружной кладки из пустотного керамического кирпича на цементно-песчаном растворе.

Конструктивные размеры слоев наружной стены следующие:

· d₁ = 0.015 м – толщина слоя штукатурки из цементно-песчаного раствора;

· d₂ = 0.38 м – толщина слоя внутренней кладки из силикатного кирпича;

· d₃ – искомая толщина утеплителя, м;

· d₄ = 0.12 м – толщина слоя наружной кладки из пустотного керамического кирпича.

Определяем термические сопротивления теплопроводности материалов отдельных слоев конструкции по формуле (1.4):

м^{2 о}С/Вт; м^{2 о}С/Вт;

м^{2 о}С/Вт.

Термическое сопротивление воздушной прослойки принимаем по приложению [5]:

м^{2 о}С/Вт.

Для определения необходимой толщины слоя утеплителя (d₃) примем, что R_o = R_reg(r). Тогда, согласно уравнению (1.2) имеем:

, м^{2 о}С/Вт, (1.6)

где a_int = 8.7 Вт/м²°С ; a_ext = 23 Вт/м²°С – по табл. П1.5, П1.6 Приложения I.

Отсюда искомая величина толщины слоя утеплителя может быть определена из формулы

; (1.7)

м.

После приведения величины δ₃ к стандартной толщине слоя утеплителя получим окончательное значение δ₃=0,2 м. Подставив эту величину δ₃ в формулу (1.2), найдем действительное термическое сопротивление ограждающей конструкции с однородными слоями

м^{2 о}С/Вт.

С учетом теплотехнической неоднородности стены имеем

м^{2 о}С/Вт.

Таким образом, , что отвечает требованиям [4].

1.5. Проектирование системы отопления здания